pengembangan elektrolit padat berbasis kitosan untuk

7
0084: Sudaryanto dkk. TR-35 PENGEMBANGAN ELEKTROLIT PADAT BERBASIS KITOSAN UNTUK BATERAI KENDARAAN LISTRIK Sudaryanto * , Evi Yulianti, Arbi Dimyati, dan Heri Jodi PusatTeknologi Bahan Industri Nuklir, BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314, Indonesia Telepon (021) 75874788 * e-Mail: [email protected] Disajikan 29-30 Nop 2012 ABSTRAK Upaya mendapatkan elektrolit padat berbasis polimer kitosan dengan konduktifitas ionik tinggi untuk baterai kendaraan listrik telah dilakukan. Pembuatan elektrolit dari kitosan telah dilakukan dengan metode blending dan implantasi ion. Sel baterai sederhana juga telah dibuat untuk menguji kinerja elktrolit kitosan. Karakterisasi terkait struktur telah dilakukan diantaranya dengan difraksi sinar-X sedangkan karakteristik kelistrikan telah dikaji dengan LCR-meter dan peralatan charge-discharge. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode blending dengan garam lithium ke dalam matriks kitosan dapat meningkatkan konduktivitas kitosan hingga 100.000 kali lipat. Sedangkan teknik implantasi ion hanya dapat meningkatkan konduktivitas ionik kitosan hanya sekitar 15 kali lipat. Pembuatan sel baterai menggunakan elektrolit polimer kitosan yang merupakan tujuan penelitian ini telah telah dapat dilakukan. Sel baterai yang dibuat menunjukkan kinerja sebagai baterai meskipun kapasitasnya masih sangat rendah yakni 25 μAh. Upaya lebih lanjut terkait dengan desain prototipe baterai masih perlu dilakukan untuk mendapatkan kinerja baterai sesuai yang diharapkan. Namun demikian hal ini dapat menjadi titik awal pengembangan baterai dengan elektrolit polimer padat dengan kapasitas yang lebih besar. Kata Kunci: elektrolit polimer padat, kitosan, baterai lithium, kendaraan listrik I. PENDAHULUAN Akhir-akhir ini, teknologi hibrida menarik perhatian banyak orang utamanya para pemerhati lingkungan. Hal ini tidak hanya karena penggunaan energi alter- natif, tetapi juga karena diyakini bahwa teknologi hi- brida menjadi kunci yang strategis untuk memenuhi standard baku mutu emisi gas buang yang ketat. Sistem penggerak hibrida adalah setiap sistem penggerak yang menggunakan kombinasi perangkat energi antara lain mesin pembakaran internal, baterai dan motor listrik untuk menggerakkan kendaraan bermotor. [1] Energi listrik yang dapat disimpan dalam sistem baterai mu- dah dialihkan menjadi bentuk energi lainnya [2] serta ramah lingkungan, sehingga dapat mengurangi polusi akibat lalu lintas jalan. [3] Sebagai sumber daya, baterai memainkan peran pen- ting dalam sistem hibrida. Sebuah baterai kendaraan hibrida seperti umumnya baterai kecuali dalam hal da- pat diisi ulang dan memiliki daya yang cukup untuk menggerakkan kendaraan besar dan berat. Sistem bat- erai yang paling umum digunakan dalam kendaraan listrik adalah baterai timbal-asam. Namun, saat ini ada masalah yang signifikan pada teknologi baterai terse- but, diantarnya adalah berat, besar, kapasitas terbatas, lambat dalam pengisian, umur yang pendek dan ma- hal: [4] Maka, studi secara intensif sangat penting untuk mengembangkan sistem baterai baru guna meningkat- kan kinerja dan mengatasi permasalahan tersebut. . Di sisi lain, sebagaimana halnya masalah kepa- datan penyimpanan dan umur (life time), dimensi dan keamanan lingkungan juga merupakan faktor pen- ting dalam mempertimbangkan kinerja sistem bat- erai. Dari sudut pandang ini, teknologi baterai padat menawarkan potensi besar dalam aplikasi untuk sistem kendaraan listrik. Oleh karena itu dalam dekade ter- akhir, kami telah mempelajari sintesis dan karakterisasi elektrolit padat dari kaca. [5, 6] Elektrolit polimer padat (Solid Polymer Electrolyte, SPE) tersusun atas penggabungan bahan anorganik seperti garam lithium dalam matriks polimer. Bahan- bahan ini menunjukkan konduktivitas ionik lebih ren- dah dari cairan elektrolit, namun, kurang reaktif de- ngan lithium, sehingga meningkatkan keamanan bat- erai. Bahan-bahan tersebut dapat digunakan sebagai elektrolit, separator, dan atau keduanya. Selain itu, juga menunjukkan pemenuhan dan stabilitas mekanik yang Prosiding InSINas 2012

Upload: taufik-hidayat

Post on 01-Feb-2016

28 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

baterai Li

TRANSCRIPT

Page 1: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

0084: Sudaryanto dkk. TR-35

PENGEMBANGAN ELEKTROLIT PADAT BERBASIS KITOSAN UNTUKBATERAI KENDARAAN LISTRIK

Sudaryanto∗, Evi Yulianti, Arbi Dimyati, dan Heri Jodi

Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir, BATANKawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314, Indonesia

Telepon (021) 75874788∗e-Mail: [email protected]

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Upaya mendapatkan elektrolit padat berbasis polimer kitosan dengan konduktifitas ionik tinggi untuk baterai kendaraanlistrik telah dilakukan. Pembuatan elektrolit dari kitosan telah dilakukan dengan metode blending dan implantasi ion. Sel bateraisederhana juga telah dibuat untuk menguji kinerja elktrolit kitosan. Karakterisasi terkait struktur telah dilakukan diantaranyadengan difraksi sinar-X sedangkan karakteristik kelistrikan telah dikaji dengan LCR-meter dan peralatan charge-discharge.Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode blending dengan garam lithium ke dalam matriks kitosan dapat meningkatkankonduktivitas kitosan hingga 100.000 kali lipat. Sedangkan teknik implantasi ion hanya dapat meningkatkan konduktivitasionik kitosan hanya sekitar 15 kali lipat. Pembuatan sel baterai menggunakan elektrolit polimer kitosan yang merupakan tujuanpenelitian ini telah telah dapat dilakukan. Sel baterai yang dibuat menunjukkan kinerja sebagai baterai meskipun kapasitasnyamasih sangat rendah yakni 25 µAh. Upaya lebih lanjut terkait dengan desain prototipe baterai masih perlu dilakukan untukmendapatkan kinerja baterai sesuai yang diharapkan. Namun demikian hal ini dapat menjadi titik awal pengembangan bateraidengan elektrolit polimer padat dengan kapasitas yang lebih besar.

Kata Kunci: elektrolit polimer padat, kitosan, baterai lithium, kendaraan listrik

I. PENDAHULUANAkhir-akhir ini, teknologi hibrida menarik perhatian

banyak orang utamanya para pemerhati lingkungan.Hal ini tidak hanya karena penggunaan energi alter-natif, tetapi juga karena diyakini bahwa teknologi hi-brida menjadi kunci yang strategis untuk memenuhistandard baku mutu emisi gas buang yang ketat. Sistempenggerak hibrida adalah setiap sistem penggerak yangmenggunakan kombinasi perangkat energi antara lainmesin pembakaran internal, baterai dan motor listrikuntuk menggerakkan kendaraan bermotor.[1] Energilistrik yang dapat disimpan dalam sistem baterai mu-dah dialihkan menjadi bentuk energi lainnya[2] sertaramah lingkungan, sehingga dapat mengurangi polusiakibat lalu lintas jalan.[3]

Sebagai sumber daya, baterai memainkan peran pen-ting dalam sistem hibrida. Sebuah baterai kendaraanhibrida seperti umumnya baterai kecuali dalam hal da-pat diisi ulang dan memiliki daya yang cukup untukmenggerakkan kendaraan besar dan berat. Sistem bat-erai yang paling umum digunakan dalam kendaraanlistrik adalah baterai timbal-asam. Namun, saat ini adamasalah yang signifikan pada teknologi baterai terse-

but, diantarnya adalah berat, besar, kapasitas terbatas,lambat dalam pengisian, umur yang pendek dan ma-hal:[4] Maka, studi secara intensif sangat penting untukmengembangkan sistem baterai baru guna meningkat-kan kinerja dan mengatasi permasalahan tersebut. .

Di sisi lain, sebagaimana halnya masalah kepa-datan penyimpanan dan umur (life time), dimensidan keamanan lingkungan juga merupakan faktor pen-ting dalam mempertimbangkan kinerja sistem bat-erai. Dari sudut pandang ini, teknologi baterai padatmenawarkan potensi besar dalam aplikasi untuk sistemkendaraan listrik. Oleh karena itu dalam dekade ter-akhir, kami telah mempelajari sintesis dan karakterisasielektrolit padat dari kaca.[5, 6]

Elektrolit polimer padat (Solid Polymer Electrolyte,SPE) tersusun atas penggabungan bahan anorganikseperti garam lithium dalam matriks polimer. Bahan-bahan ini menunjukkan konduktivitas ionik lebih ren-dah dari cairan elektrolit, namun, kurang reaktif de-ngan lithium, sehingga meningkatkan keamanan bat-erai. Bahan-bahan tersebut dapat digunakan sebagaielektrolit, separator, dan atau keduanya. Selain itu, jugamenunjukkan pemenuhan dan stabilitas mekanik yang

Prosiding InSINas 2012

Page 2: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

TR-36 0084: Sudaryanto dkk.

baik hingga titik leleh, serta kemampuan proses yangsangat baik untuk dibuat lembaran (membran). Polimeryang banyak dipelajari adalah poli (etilena oksida)(PEO) sebagai matriks dengan garam-garam anorganikterlarut di dalamnya. Namun, tingginya tingkat kristal-initas PEO membatasi penggunaannya dalam baterai,dan hanya dapat digunakan pada suhu di atas titik lelehdari fase kristalin, yakni sekitar 60 C.[7] Dengan demi-kian, perlu dicari alternatif polimer lain sebagai peng-ganti PEO.

Di sisi lain, ramah lingkungan juga merupakanmasalah penting dalam Industri baterai Dikatakanbahwa pada tahun 2004, produksi baterai lithium iondi seluruh dunia adalah 700-an juta unit. Akibatnyaadalah peningkatan sampah teknologi.[8, 9] Maka pe-ngembangan sistem baterai baru berbasis bahan yangramah lingkungan, tidak beracun dan tidak berbahayamenjadi sangat penting. Dari sudut pandang ini, pe-manfaatan polimer terbiodegradasi seperti kitosan akanmenjadi jawaban yang tepat.

Kitosan merupakan polimer alami yang diproduksisecara komersial dari proses deasetilasi kitin, yangmerupakan elemen struktural dalam exoskeleton krus-tasea (kepiting, udang, dll.) dan dinding sel jamuryang kelimpahan alaminya tidak terbatas.[10, 11] Peman-faatan polimer terbiodegradasi seperti kitosan sebagaielektrolit padat tidak hanya akan membuat ramah ling-kungan tetapi juga memberikan kemampuan pemros-esan yang sangat baik untuk membuat membran, se-hingga dapat dirancang bebas seperti untuk sistem selbaterai berlapis.

Kami memiliki pengalaman beberapa polimer ter-biodegradasi sebagai bahan biomedis,[12, 13] bahan ke-masan[14] media rekaman, dan magnetik.[15] Polimerterbiodegradasi memberikan keuntungan yang tinggidari penguraian secara alami, tetapi menjadi kelema-han besar dalam daya tahan umur (lifetime)-nya .Akan tetapi lifetime dari polimer terbiodegradasi sa-ngat tergantung pada lingkungan, dan sifat dari struk-tur kimia.[15] Jadi dengan pengendalian kondisi ter-baik akan memberikan kinerja material yang optimal.Lebih lanjut masalah lifetime elektrolit polimer ter-biodegradasi juga menjadi salah satu hal menarik untukdikaji.

Sistem baterai lithium berbasis polimer ter-biodegradasi adalah salah satu kandidat yang men-janjikan untuk generasi depan karena kinerjanya yangtinggi dan murah karena mengunakan sumber dayayang melimpah, dan ramah lingkungan.

Tujuan penelitian ini adalah upaya pemanfaatanpolimer terbiodegradasi kitosan untuk elektrolit pa-dat baterai isi ulang berbasis lithium untuk aplikasikendaraan listrik. Fakus kegiatan penelitian ini diarah-kan pada pembuatan elektrolit padat berbasis polimerkitosan.

II. METODOLOGIA. Bahan

Bahan yang digunakan dalam pembuatan elektrolitadalah kitosan dari kulit kerang (diterima dari IPBdengan derajat deasetilasi 86%), Asam Asetat 1%dan aquades sebagai pelarut, garam triflat lithium(LiCF3SO3) (sigma-Aldrich) telah digunakan sebagaipengisi. Sel baterai dengan elektrolit kitosan telahdibuat dengan Lithium cobalt Oxide (LiCoO2) sebagaikatoda dan Karbon sebagai anoda. Aluminium (Al) dantembaga (Cu) foil digunakan sebagai pengumpul arus

B. Pembuatan elektrolit dengan metode blendingKitosan dilaurutkan pada asam asetat 1% sehingga

diperoleh larutan kitosan 4% berat, selama 72 jam sam-bil sesekali diaduk. Garam triflat lithium (LiSO3CF3) di-tambhkan ke dalam larutan kitosan sehingga diperolehlarutan campuran (blending) dengan berbagai konsen-trasi LiSO3CF3 dengan kode sampel seperti ditunjuk-kan pada TABEL 1.

TABEL 1: Kode sampel membran kitosan dengan berbagai kan-dungan garam lithium

Kode Sampel Kandungan LiCF3SO3 (% berat)CT0 0CT5 5

CT10 10CT20 20CT30 30CT40 40

Setelah didapat larutan kitosan dengan dan tanpagaram lithium di casting di atas plat kaca pada suhu ka-mar sampai berbentuk membran, kemudian dimasukanke dalam desikator vakum untuk menghilangkan sisapelarut.

C. Pembuatan elektrolit dengan metode implantasiion

Membran kitosan dibuat dengan proses casting padasushu kamar yang dilanjutkan dengan pengeringan

GAMBAR 1: Model Sekema sel baterai menggunakan elektrolit darikitosan.

Prosiding InSINas 2012

Page 3: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

0084: Sudaryanto dkk. TR-37

dalam desikator vakum. Membran kitosan denganpermukaan mulus digunakan sebagai sampel teknikimplantasi ion yang dilakukan di fasilitas implantasiion pada Pusat Teknologi Akselerator Dan Proses Ba-han (PTAPB) - BATAN Yogyakarta. Membran kitosandipotong 2,5×2,5 cm dan ditempatkan pada pemegangsampel sebagai target. Dalam pelaksanaannya, sistemvakum dan arus ionik fasilitas implantasi ion dijagamasing-masing konstan pada 2,7×10−5 Torr dan 5 µA.Energi implantasi divariasi pada 30, 50 dan 70 keV dandosis implantasi divariasi dengan implantasi waktu 15dan 30 menit. Uraian lebih detail telah dipublikasikanpada media publikasi ilmiah.[18]

D. Rancangan sel baterai polimerPrototipe sel baterai polimer menggunakan polimer

elektrolit hasil sintesis dirancang sebagai berikut:GAMBAR 1 menunjukkan model skematis dari sel bat-

erai polimer menggunakan membran kitosan sebagaielektrolit. Di sini, Tembaga (Cu) dan aluminium (Al) di-gunakan sebagai pengumpul arus. Sementara Lithiumcobalt (LiCoO2) digunakan sebagai katoda dan Karbonatau grafit sebagai anoda.

E. KarakterisasiKarakterisasi yang dilakukan utamanya adalah

konduktifitas membran menggunakan LCR (Hi-testerHioki 3532-50), dan struktur mikro menggunakan per-alatan XRD (Shimadzu X-Ray Diffractometter XD-610).Karakteristik baterai diuji dengan peralatan Charge-Discharge merek ARBIN. Semua fasilitas tersebut adadi PTBIN-BATAN.

III. HASIL DAN PEMBAHASANA. Pembuatan elektolit Kitosan dengan Metode

blendingGAMBAR 2 menunjukkan profil difraksi sinar-X dari

film kitosan dengan kandungan garam lithium bervari-asi. Pola difraksi kitosan murni menunjukkan puncakdifraksi yang lebar yang menunjukkan keadaan amorfatau polikristalin dengan titik puncak pada sudut (2θ)15,5 dan 21,5. Puncak tersebut berubah menjadi pun-cak puncak baru dengan titik puncak pada 12, 18,5,dan 23,5 seiring dengan penambahan 5 wt.% garamtriflat lithium, selanjutnya intensitas meningkat seiringdengan penambahan konsentrasi triflat lithium. Halini menunjukkan bahwa garam triflat lithium masukdalam matriks kitosan membentuk fase kristal baru.

GAMBAR 3 menunjukkan variasi kehilangan tangen-sial (tan δ) seiring dengan frekuensi dari membran ki-tosan paska casting dengan variasi kandungan garamlithium yang diukur pada suhu kamar. Kemunculanpuncak tan δ pada frekuensi tertentu pada kitosan de-ngan maupun tanpa garam lithium menunjukkan ke-beradaan relaksasi dipole pada sampel-sampel terse-but. Kekuatan dan frekuensi relaksasi tergantung pada

GAMBAR 2: Profil difraksi sinar-X dari memberan kitosan denganvariasi kandungan garam lithium

karakteristik sifat relaksasi dipole. Puncak tan δ mem-bran paska casting (as cast) bergeser ke sisi frekuensiyang lebih tinggi seiring dengan peningkatan kon-sentrasi triflat lithium (GAMBAR 4). Hal ini menun-jukkan bahwa ada peningkatan gerak segmental de-ngan adanya garam litium. Ini berarti bahwa tri-flat lithium dapat mempercepat gerakan segmental de-ngan meningkatkan volume bebas, sehingga mengu-rangi waktu relaksasi. Sebaliknya, puncak dari sam-pel yang dikeringkan (dired) cenderung sedikit menu-run seiring dengan peningkatan kandung triflat lithiummeningkat (GAMBAR 4). Hal ini dapat dijelaskan bahwatriflat lithium meningkatkan penyerapan air membrankitosan. Keberadaan air dalam membran kitosan dapatmeningkatkan kemungkinan gerak molekul sehinggamengurangi waktu relaksasi tetapi melekul air ini tidakdiharapkan untuk elektrolit karena berpotensi mening-katkan kondutivitas elektronik bukan ionik. Karena itupencegahan penyerapan molekul air perlu diperhatikandalam proses pembuatan maupun pengukuran elek-trolit.

Dalam mengkaji kemungkinan membran kitosan un-tuk digunakan sebagai elektrolit, pengukuran konduk-tivitas ionik sangat penting. Untuk itu telah dila-kukan pengukuran kondutivitas seperti ditunjukkanGAMBAR 5.

GAMBAR 5 menunjukkan karakteristik konduktivitasAC membaran kitosan dengan berbagai kandungan tri-flat lithium diukur di bawah vakum pada suhu ka-mar. Pola konduktivitas AC menunjukkan dataranyang tidak bergantung frekuensi di wilayah frekuensirendah. Perilaku ini mematuhi persamaan, log σ(ω) =log σ0 + n log(Aω), (garis tegas menunjukkan hasil fit-ting) mana σ0 adalah konduktivitas dc (garis datar yangmenunjukkan tidak berguntung pada frekuensi padaarea frekuensi rendah), A adalah faktor pra eksponen-

Prosiding InSINas 2012

Page 4: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

TR-38 0084: Sudaryanto dkk.

GAMBAR 3: Profil tan δ dari membran kitosan paska casting de-ngan dan tanpa garam lithium diukur dengan LCR pada suhu ka-mar.

GAMBAR 4: Puncak tan δ dari membran kitosan paska castingdan setelah dikeringkan sebagai fungsi kandungan garam lithium,diukur dengan LCR pada suhu kamar

sial dan n adalah eksponen pecahan antara 0 dan 1.[17]

Nilai σ0 sebagai fungsi dari kandungan garam lithiumdalam memberan kitosan ditunjukkan pada GAMBAR 6.

GAMBAR 6 menunjukkan kenaikan konduktivitasDC seiring dengan peningkatan konsentrasi garamlithium. Konduktivitas DC meningkat dari 3,87× 10−7

Scm−1 untuk kitosan murni menjadi 7,30× 10−4 Scm−1

untuk kitosan dengan 40% berat triflat lithium.

B. Pembuatan elektolit Kitosan dengan Metode im-plantasi ion

GAMBAR 7 menunjukkan hubungan konduktivitasionik dengan frekuensi untuk kondisi pembuatan sam-pel yang berbeda. Pengukuran konduktivitas dilaku-

kan pada rentang frekuensi 0,1-105 Hertz. Pada semuakasus, konduktivitas ionik polimer elektrolit kitosansetelah implantasi mengalami perubahan. Pola kon-duktivitas ac menunjukkan garis datar tidak bergan-tung pada frekuensi di wilayah frekuensi rendah danmenunjukkan penyebaran pada frekuensi yang lebihtinggi. Secara umum konduktivitas ionik membran ki-tosan yang diimplant dengan berbagai ion seperti Li,Cu dan Ag meningkat (GAMBAR 7a-d) dan dalam se-mua kasus kitosan diimplant dengan energi rendah 30keV dan waktu implantasi 15 menit menunjukkan pe-ningkatan sekitar 15 kali lipat (1,5 orde). Konduktivi-tas ionik yang lebih tinggi menunjukkan banyaknya iondalam matriks polimer. (GAMBAR 7 juga menunjukkanbahwa konduktivitas ionik membran kitosan menurunsementara energi implantasi meningkat. Energi tinggimempengaruhi struktur mikro membran kitosan akibatsuhu tinggi yang dihasilkan dari proses implantasi ion(GAMBAR 7b-d). Selain energi yang lebih tinggi dapatmenembus lebih dalam, terdapat kemungkinan bahwasebagian dari ion tidak tertahan pada membran kitosantetapi menembus membran kitosan sampai pemegangsampel. Kurangnya ion dalam matriks polimer akanmenurunkan konduktivitas ionik membran kitosan.

Studi XRD telah dilakukan untuk mengkaji peruba-han mikrostruktur akibat proses implantasi ion. GAM-BAR 8(a) menunjukkan pola XRD membran kitosan se-belum dan setelah implantasi ion dengan Lithium (Li)ion dengan energi yang berbeda. Dapat diamati bahwakitosan (grafik paling bawah) menunjukkan puncakyang tidak tajam pada sudut (2θ = 15,26) dan (2θ =22,83). Puncak tidak tajam ini biasanya dipandang se-bagai bahan semi kristal atau amorf. Pada GAMBAR 8(a)terlihat bahwa energi implantasi mempengaruhi stuk-tur mikro kitosan. Kitosan diimplantasi dengan ionLi pada energi 50 keV (grafik tengah) menunjukkan

GAMBAR 5: Konduktivitas ionik membrane kitosan sebagai fungsikandungan garam lithium, diukur dengan LCR pada suhu kamar.

Prosiding InSINas 2012

Page 5: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

0084: Sudaryanto dkk. TR-39

GAMBAR 6: Konduktivitas DC dari memberan kitosan sebagaifungsi konsentrasi garam lithium.

kristalinitas dengan puncak refleksi tajam yang dapatdiamati pada sudut (2θ = 22,1) dan (2θ = 24,86). Posisipuncak kitosan sebelum dan setelah implantasi berbedayang berarti ada fase transformasi dalam kitosan. Im-plantasi kitosan pada energi 70 keV (grafik paling atas)merusak kristalinitas kitosan. Puncak tajam pada sudut(2θ = 22,1) dan (2θ = 24,86) menghilang dan munculpuncak tidak tajam di sudut (2θ = 21,6), hal ini menun-jukkan bahwa kitosan berubah menjadi amorf. GAM-BAR 8(b) menunjukkan pola XRD membran kitosan se-belum dan setelah implantasi ion dengan jenis ion yangberbeda seperti Li, Ag dan Cu pada implantasi energi 70keV. Dapat diamati bahwa struktur mikro kitosan telahberubah dimana refleksi puncak tidak tajam pada sudut(2θ = 15,26) dan (2θ = 22,83) menghilang dan terlihatadanya puncak tidak tajam setelah diimplantasi denganion yang berbeda. Kitosan yang diimplantasi dengan Limemiliki puncak tidak tajam di sudut (2θ = 21,6), pun-cak lebar bahwa pergeseran ke sudut yang lebih tinggiteramati pada kitosan yang dimplantasi degnan Ag danpuncak pada sudut (2θ = 23,7) telihat pada kitosanyang diimplantasi dengan Cu. Ada hubungan antarakristalinitas bahan dan konduktivitas ionik. Konduk-tivitas ionik elektrolit polimer padat sangat dipenga-ruhi oleh berbagai faktor seperti (i) kristalinitas bahan,(ii) gerakan simultan kation dan anion dan (iii) pem-bentukan pasangan ion. Faktor-faktor ini mengurangikonduktivitas kationik. Semakin tinggi kristalinitas, se-makin rendah konduktivitas ioniknya.[18, 19]

C. Sel Baterai Polimer kitosanBentuk sel baterai yang dibuat ditunjukkan dalam

GAMBAR 9.Sel baterai yang dibuat menunjukkan tegangan antar

elektroda sebesar 0,54V seperti ditunjukkan pada GAM-BAR 10.

Impedansi diukur pada tegangan 1 V dalam batas

GAMBAR 7: Kurva konduktivitas membran kitosan yang diim-plantasi dengan (a) ion Li dengan variasi waktu dengan ion (b) ionLi dengan variasi energi, (c) ion Cu, dan (d) Ion Ag.

frekuensi 50 Hz sampai 1 MHz. Nyquist plot darisel baterai terbuat dari elektrolit kitosan ditunjukkanpada GAMBAR 11 yang menunjukkan pola impedansibaterai polimer yang terdiri atas setengah lingkarandan garis lurus dengan sudut kemiringan sekitar 30.Dari pengukuran tersebut dapat diketahui bahwa bat-erai yang dibuat memiliki nilai hambatan sekitar 10kΩdan nilai kapasitansi (Cp) sekitar 10−8 (F) yang menun-jukkan pengaruh antarmuka (interface). Bentuk seten-gah lingkaran dari profil impedansi dalam sistem bat-erai terkait dengan struktur fase dalam bahan dan bi-asanya dapat diwakili dengan rangkaian paralel resis-tor dan kapasitor. Sedangkan garis lurus biasanya efekdari pertemuan dua lapisan yang berbeda (fasa) yangmungkin karena efek dari antarmuka antara elektrolit

Prosiding InSINas 2012

Page 6: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

TR-40 0084: Sudaryanto dkk.

GAMBAR 8: Profile XRD dari kitosan yang diimplantasi pada (a)berbagai energi implantasi (b) berbagai jenis ion.

GAMBAR 9: Contoh sel baterai kitosan

dan elektroda yang digunakan dalam pengukuran.GAMBAR 12 menunjukkan pola pengisian sel bat-

erai polimer kitosan. Pada posisi awal ketika tidakdiberikan arus, baterai menunjukkan voltage sebesar0.4 V, posisi ini dipertahankan selama 120 detik. Se-lanjutnya baterai diisi dengan arus sebesar 100 mikroampere selama 900 detik. Posisi voltase baterai naikmenjadi 1,279 V. Pada saat tersebut kapasitas pengisianbaterai adalah 25 µAh. Yang berarti baterai terisi mu-atan yang sebanding dengan energi sebesar 31,9 mWh.Pada langkah selanjutnya arus dihentikan, tetapi po-sisi tegangan baterai langsung terjun ke titik 0,72 Vdan terus bergerak turun, sehingga setelah 900 detikpotensialnya adalah 0,596 V. Hal ini jelas menunjukkanadanya perbedaan voltage sebesar 0,196 V dengan titikawal (Open Circuit Voltage) yang menunjukkan adanya

GAMBAR 10: Pengukuran tegangan sel baterai kitosan

GAMBAR 11: Nyquist plot dari sel baterai polimer

GAMBAR 12: Proses pengisian sel baterai kitosan.

ponyimpanan arus dalam bateraiDengan hasil di atas, pembuatan sel baterai meng-

gunakan elektrolit polimer kitosan yang merupakan tu-

Prosiding InSINas 2012

Page 7: Pengembangan Elektrolit Padat Berbasis Kitosan Untuk

0084: Sudaryanto dkk. TR-41

juan penelitian ini telah telah dapat dilakukan dan selbaterai yang dibuat menunjukkan kinerja sebagai bat-erai meskipun kapasitasnya masih sangat rendah yakni25 µAh. Upaya lebih lanjut terkait dengan desain pro-totipe baterai masih perlu dilakukan untuk mendap-atkan kinerja baterai sesuai yang diharapkan.

IV. KESIMPULANPemanfaatan polimer terbiodegradasi kitosan seba-

gai elektrolit untuk sel baterai terlah dapat dilakukan.Metode blending dengan garam lithium dapat mening-katkan kondusitivitas membran kitosan hingga 100.000kali lipat. Sedangkan teknik implantasi ion hanya da-pat meningkatkan konduktivitas ionik kitosan hanyasekitar 15 kali lipat. Pembuatan sel baterai mengguna-kan elektrolit polimer kitosan yang merupakan tujuanpenelitian ini telah telah dapat dilakukan dan sel bat-erai yang dibuat menunjukkan kinerja sebagai bateraimeskipun kapasitasnya masih sangat rendah yakni 25mAh. Upaya lebih lanjut terkait dengan desain pro-totipe baterai masih perlu dilakukan untuk mendap-atkan kinerja baterai sesuai yang diharapkan. Namunhal ini dapat menjadi titik awal pengembangan bateraipolimer dengan kapasitas yang lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid vehicle di-

akses Agustus, 2010[2] D. Berndt, Part 1 - Battery Technology Handbook,

Expert Verlag, New York, 1989[3] E.Kartini, T.Sakuma, K.Basar and M.Ikhsan, Solid

State Ionics 179 (2008) 706-711[4] http://www.howstuffworks.com/electric-

car.htm/prinTabel diakses August, 2010[5] E.Kartini, M.Arai, H.Iwase, T.Yokoo, K.Itoh,

T.Kamiyama and S.Purnama, Journal of NeutronResearch 13, (2005), 145-148

[6] E.Kartini, T.Sakuma, K.Basar and M.Ikhsan, SolidState Ionics 179 (2008) 706-711

[7] A. Manuel Stephan, European Polymer Journal 42(2006) 21

[8] T. H. Smith, Proceedings - Electrochemical Society12 (1995) 155.

[9] J. David, Journal of Power Sources Vol. 57 (1995)71.

[10] Muzzareli, R.A.A., Muzzareli, C. Adv. Polym. Sci.2005, 186, 151

[11] Yahya, M.Z.A., Arof, A.K., Eur Polym. J. 2003, 39,897

[12] Sudaryanto, Irhamni, Siti Wardiyati, Jurnal SainsMateri Indonesia, 9,(2008)189-192

[13] Sudaryanto, Mujamilah, Wahyudianingsih, AriHandayani, Ridwan, Abdul Muthalib., JurnalSains Materi Indonesia, 8, (2007), 134-138

[14] Deswita, Aloma Karo Karo dan Sudirman, Indone-

sian Journal of Materials Science, Edisi khusus De-sember (2008)

[15] K. Nakamae, K. yamaguchi, S. Asaoka, Y.Karube,and Sudaryanto, International Journal ofAdhesion and Adhesives, 16,(1996), 277-283

[16] E. Yulianti, A. Karo Karo, L. Susita, Sudaryanto,Procedia Chemistry 4 ( 2012 ) 202 207

[17] Dillip K. Pradhan, R. N. P. Choudhary*, B. K.Samantaray, Int. J. Electrochem. Sci., 3 (2008) 597608

[18] Pinnavia, T.J. and Bell, G.W., Polymer ClayNanocomposite, John Wiley and Sons Ltd., Eng-land, (2000), pp 1-46

[19] Aranda, P., Hitzky, E. Ruiz, Chem. Mater., 4 (1992)1395

Prosiding InSINas 2012